敞开式环式焙烧炉热平衡研究

阳极焙烧是铝用预焙阳极生产的最后一道工序，也是最为关键的工序之一，而在整个阳极焙烧工序中，焙烧炉是最为关键和核心的设备，焙烧炉性能的优劣直接决定着阳极焙烧工序的合理性与先进性，国内阳极焙烧炉经过多年的发展与优化，其性能已经做到了较高的水平，但是距国外先进水平，目前仍然有一定的差距。现代铝用预焙阳极焙烧炉主流上采用敞开式环式焙烧炉，国内敞开式环式焙烧炉的使用寿命为8～14年，国外运行良好的敞开环式焙烧炉可以运行20年左右，随着焙烧炉运转时间的不断延长，其焙烧炉性能会发生较为明显的下降，例如系统漏风严重、制品焙烧温度下降、天然气能耗上升、阳极成品质量下降、产品合格率降低等等

。因此，随着焙烧炉寿命的不断增加，定期对其进行维护、适时有针对性的调整焙烧炉运行参数，对延长焙烧炉使用寿命及稳定预焙阳极质量起着重要作用。由于敞开式环式焙烧炉炉型大、控制参数多、操作难度大等原因，国内极少有学者对正在运行的焙烧炉进行细致研究，各预焙阳极企业往往通过实际生产经验来调整及控制其焙烧炉的运行状态，因此，通过对现有焙烧炉进行热平衡研究，能够充分掌握目前焙烧炉的焙烧状态，通过对焙烧炉运行状态下火道负压、火道及烟气温度、料箱温度以及烟气成分等重要参数的研究分析，能够较全面掌握焙烧炉烧料燃烧情况以及预焙阳极的升温情况，这对焙烧炉的节能增产同样具有重要的现实意义。同时，通过对敞开式环式焙烧炉的热平衡性能研究能够为焙烧炉的设计优化及性能改进提供重要的理论依据。

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1 实验部分

1.1 实验对象

本文选取国内具有代表性的某大型铝用预焙阳极炭素厂的三座敞开式环式焙烧炉分别作为研究对像，其中两座为54室焙烧炉，另一座为34室焙烧炉。54室敞开式焙烧炉建成于2008年，34室焙烧炉建成于2004年，三座敞开式环式炉已经正常运行十余年，均尚未进行大修，目前该三座敞开式炉运行状态良好，是本次焙烧炉热平衡研究的理想测试研究对象

。三座敞开式焙烧炉的具体参数如下（表1）。

（3）庄2断块储层裂缝存在深、浅侧向电阻率之间一般具有明显的差异；高角度缝双侧向曲线表现为正差异，水平缝、层理缝和溶孔表现为负差异、井径扩径、声波周期跳跃等特征。

1.2 实验方法及设备

从表3可以看出，1#敞开式焙烧炉热量输入最小，而3#敞开式焙烧炉热量输入最大；在焙烧过程中，焙烧炉的热量输入主要来源于燃料以及生制品带来的化学反应热，此两项目所带来的热量占整个焙烧炉热量输入的85%左右；在焙烧炉热量支出方面，焙烧成品带出的热量和炉体高温蓄热量占有很大比重，此两项所支出的热量占整个焙烧炉热量支出的52%左右；通过表3中数据可以发现，沥青挥发份的充分燃烧为焙烧炉带入了大量的热源，可以有效降低焙烧炉的天然气耗；对表3进行细致分析发现，1#敞开式焙烧炉的热效率为28.53%，2#敞开式焙烧炉的热效率为27.37%，3#敞开式焙烧炉的热效率为25.82%，这表明1#炉的运行状态更为良好，而3#敞开焙烧炉的运行状态较差，从表中相应数据可以看出，3#敞开炉燃料燃烧输入的热量占比最高，即在相同的工况条件下，3#敞开炉所需要的燃料更多，其能耗也更高，1#焙烧炉与2#焙烧炉两者则基本相当

。

根据焙烧炉热平衡测试基本要求，实验过程中分别对天然气、生阳极块、成品块、沥青挥发份、填充焦、焙烧炉体以及焙烧烟气等物质进行了基础数据的测试与分析，最终得出以下数据，详见表2。

根据表2中的各项基础实验数据，结合焙烧炉热平衡分析相关标准规范，计算得出三座敞开式环式焙烧炉热量收支平衡数据，详见表3。

2 实验结果与讨论

2.1 热平衡分析基础数据

本次实验，主要是对3座焙烧炉进行热平衡测试，1#焙烧炉为54室7火道6料箱焙烧炉，运行周期为30h，2火焰系统运行，每炉室装炉量为126块，上下层生块重840kg，中间层生块重1080kg。2#焙烧炉为54室8火7料箱焙烧炉，运行周期为30h，2火焰系统运行，每炉室装炉量为147块，上下层生块重840kg，中间层生块重1080kg。3#焙烧炉为34室7火6料箱焙烧炉，运行周期为32h，2火焰系统运行，每炉室装炉量为126块，生块重840kg。测试按标准《YS/T124.4-2010炭素制品生产炉窑热平衡测定与计算方法第4部分：焙烧炉》执行。

2.2 焙烧炉热平衡结果与分析

布莱德湖被誉为阿尔卑斯山下的“蓝宝石”。其实，阿尔卑斯山附近分布着不少由冰川雪水融化而成的湖泊，但布莱德湖凭借湖边峭壁上矗立的古堡，以及犹如点睛之笔的湖心岛和岛上清秀的圣母堂，将人文景观和自然景观完美地融合在一起，在这些大大小小的湖泊中脱颖而出，成为了斯洛文尼亚知名的“自然名片”。

在本次测试过程中，主要使用了N型铠装式热电偶、温度显示仪、Testo350烟气成分分析仪等重要设备。

3 结论

（2）在阳极焙烧过程中，焙烧炉的热量主要来源于燃料燃烧和生制品带入的化学反应热，它们占焙烧炉热量收入的85%左右，是焙烧炉的最主要供热热源；

（1）本次测试研究对敞开式焙烧炉的热平衡特性做了详细研究，为敞开式环式焙烧炉的节能、降耗以及环保节碳奠定了坚实的理论基础；

（3）在焙烧炉热支出方面，焙烧成品带出的热量和焙烧炉体高温蓄热占有很大比重，通过分析发现两者之和占比高达52%以上；

（4）生制品中沥青挥发分的燃烧能够为焙烧炉提供大量的热源，充分燃烧烟气中的沥青挥发分能够有效降低焙烧炉的天然气消耗量，从而达到节能降耗的目的；

（5）阳极焙烧生产过程中，烟气亦会带走大量热量，这些无效的热量，大大降低焙烧炉的热效率，而合理的焙烧炉型结构、快速传导烟气中的热量、降低焙烧炉系统漏风量等能够有效降低烟气带走的热量，提高焙烧炉的热效率，降低焙烧炉的天然气耗量，此将是焙烧炉优化设计的重点研究方向之一；

（6）通过研究发现，焙烧炉炉体高温蓄热在焙烧炉热支出中占有较大比重，通过优化焙烧炉结构、选用蓄热量更少的节能材料等方式，降低焙烧炉炉体蓄热，能够有效提高焙烧炉的热效率，这也将是新型节能环保型敞开式焙烧炉的最主要研究方向；

（7）随着国家一系列节能减排政策的实施，节能环保型敞开式焙烧炉的开发势在必行。

[1]蒋文忠．炭素工艺[M]．冶金工业出版社,2009,04．

[2]杨玉顺．工程热力学[M]．机械工业出版社．

[3]孙传杰．炭阳极生产[M]．兰州铝业股份有限公司教材编审委员会,2003,11．

[4]张韶凡．环式焙烧炉节能挖潜．南方钢铁[J],1999,107(4)：45-48．

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